1 DC SWITCH 1.1 TUJUAN 1.Praktikan dapat memahami

1
1.1
DC SWITCH
TUJUAN
1.Praktikan dapat memahami prinsip dasar saklar elektronik menggunakan transistor.
2.Praktikan dapat memahami prinsip dasar saklar elektronik menggunakan MOSFET.
3.Praktikan dapat memahami prinsip dasar saklar elektronik menggunakan SCR.
4.Praktikan dapat menganalisa dan menyimpulkan hasil praktikum.
1.2
DASAR TEORI
Switch atau saklar adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk memutuskan jaringan
listrik, atau untuk menghubungkannya. Jadi saklar pada dasarnya adalah alat penyambung atau
pemutus aliran listrik
DC switch yang dimaksud adalah switch yang menggunakan komponen semikonduktor,
sehingga dapat dikontrol oleh aliran listrik. Ada berberapa macam komponen yang dapat
digunakan untuk dc switch antara lain : Transistor, MOSFET, SCR, dan SSR. Setiap komponen
yang digunakan memiliki karakteristik yang berbeda
Gambar 1.1 Transistor sebagai switch
1.2.1
TRANSISTOR SEBAGAI SWITCH
Untuk menghasilkan kondisi on/off seperti pada saklar, transistor dioperasikan pada salah
satu titik kerjanya, titik saturasi dan cut off. Transistor akan aktif apabila diberikan arus pada
basis transistor sebesar :
Saat kondisi saturasi, transistor seperti sebuah saklar yg tertutup (on) sehingga arus dapat
mengalir dari kolektor menuju emitor. Sedangkan saat kondisi cutoff, transistor seperti sebuah
saklar yg terbuka (off) sehingga tidak ada arus yg mengalir dari kolektor ke emitor.
Gambar 1.2 Kurva titik kerja Transistor
Agar transistor dapat bekerja sebagai saklar, ada beberapa hal yg harus diperhatikan diantaranya :
1. Menentukan Ic
Ic adalah arus beban yg akan mengalir dari kaki kolektor ke emitor. Besarnya arus beban
ini tidak boleh lebih besar dari Ic maksimum yang dpt dilewatkan oleh transistor. Arus
beban ini dapat dicari dengan persamaan berikut :
2. Menentukan hfe transistor
Setelah arus beban yg akan dilewatkan pada transistor diketahui maka selanjutnya adalah
menentukan transistor yg akan dipakai dgn syarat spt berikut :
3. Menentukan Rb
Setelah transistor yg akan dipakai sebagai saklar telah ditentukan maka selanjutnya adalah
menentukan hambatan pada basis (Rb). Besarnya Rb ini dapat dicari dengan persamaan
berikut :
1.2.2
MOSFET SEBAGAI SWITCH
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) merupakan salah satu jenis
transistor yang memiliki impedansi mauskan (gate) sangat tinggi (Hampir tak berhingga)
sehingga dengn menggunakan MOSFET sebagai saklar elektronik, memungkinkan untuk
menghubungkannya dengan semua jenis gerbang logika. Dengan menjadikan MOSFET sebagai
saklar, maka dapat digunakan untuk mengendalikan beban dengan arus yang tinggi dan biaya
yang lebih murah daripada menggunakan transistor bipolar. Untuk membuat MOSFET sebgai
saklar maka hanya menggunakan MOSFET pada kondisi saturasi (ON) dan kondisi cut-off
(OFF).
Gambar 1.3 Kurva karakteristik mosfet
Wilayah Cut-Off (MOSFET OFF)
Pada daerah Cut-Off MOSFET tidak mendapatkan tegangan input (Vin = 0V) sehingga
tidak ada arus drain Id yang mengalir. Kondisi ini akan membuat tegangan Vds = Vdd. Dengan
beberapa kondisi diatas maka pada daerah cut-off ini MOSFET dikatakan OFF (Full-Off).
Kondisi cut-off ini dapat diperoleh dengan menghubungkan jalur input (gate) ke ground,
sehingga tidak ada tegangan input yang masuk ke rangkaian saklar MOSFET. Dengan beberapa
karakteristik diatas maka dapat dikatakan bahawa MOSFET pada daerah Cut-Off merupakan
saklar terbuka dengan arus drain Id = 0 Ampere. Untuk mendapatkan kondisi MOSFET dalam
keadaan open maka tegnagan gate Vgs harus lebih rendah dari tegangan treshold Vth dengan cara
menghubungkan
terminal
input
(gate)
ke
ground.
Wilayah Saturasi (MOSFET ON)
Pada daerah saturasi MOSFET mendapatkan bias input (Vgs) secara maksimum sehingga
arus drain pada MOSFET juga akan maksimum dan membuat tegangan Vds = 0V. Pada kondisi
saturasi ini MOSFET dapat dikatakan dalam kondisi ON secara penuh (Fully-ON).
Kondisi saturasi MOSFET dapat diperoleh dengan memberikan tegangan input gate yang lebih
tinggi dari tegangan tresholdnya dengan cara menghubungkan terminal input ke Vdd. Sehingga
MOSFET mejadi saturasi dan dapat dianalogikan sebagai saklar pada kondisi tertutup.
1.2.3
SCR
Silicon Controlled Rectifier (SCR) merupakan alat semikonduktor empat lapis (PNPN)
yang menggunakan tiga kaki yaitu anoda (anode), katoda (cathode), dan gerbang (gate) – dalam
operasinya. SCR adalah salah satu thyristor yang paling sering digunakan dan dapat melakukan
penyaklaran untuk arus yang besar.
Pada prinsipnya untuk membuat SCR menjadi ON adalah dengan memberi arus trigger lapisan P
yang dekat dengan katoda. Yaitu dengan membuat kaki gate pada thyristor PNPN seperti pada
gambar a dibawah. Karena gate SCR letaknya dekat dengan katoda, bisa juga pin gate ini disebut
pin gate katoda (cathode gate).
Melalui kaki (pin) gate tersebut memungkinkan komponen ini di trigger menjadi ON,
yaitu dengan memberi arus gate. Ternyata dengan memberi arus gate Ig yang semakin besar dapat
menurunkan tegangan breakover (Vbo) sebuah SCR. Dimana tegangan ini adalah tegangan
minimum yang diperlukan SCR untuk menjadi ON. Sampai pada suatu besar arus gate tertentu,
ternyata akan sangat mudah membuat SCR menjadi ON. Bahkan dengan tegangan forward yang
kecil
sekalipun.
Misalnya
1
volt
saja
atau
lebih
kecil
lagi
Gambar 1.4 Kurva karakteristik SCR
Ada satu parameter penting lain dari SCR, yaitu VGT. Parameter ini adalah tegangan trigger pada
gate yang menyebabkab SCR ON. Kalau dilihat dari model thyristor pada gambar struktur
thyristor dengan transistor pada artikel sebelumnya, tegangan ini adalah tegangan Vbe pada
transistor Q2. VGT seperti halnya Vbe, besarnya kira-kira 0.7 vol
1.2.4
SSR (SOLID STATE RELAY)
SSR adalah sebuah perangkat semikonduktor yang dapat digunakan menggantikan relay
mekanik untuk menghubungkan arus listrik ke beban dalam banyak aplikasi. Artinya Solid state
relay adalah sebuah saklar elektronik yang tidak memiliki bagian yang bergerak. Contohnya fotocoupled SSR, transformer-coupled SSR, dan hybrida SSRSolid-state relay adalah murni
elektronik, biasanya terdiri dari sisi kontrol yang rendah/ low current control side (setara dengan
kumparan relay elektromekanik) dan high-current load side (setara dengan kontak pada relay
konvensional).
SSR biasanya mempunyai kemampuan mengisolasi listrik beberapa ribu volt antara
kontrol dan beban. Karena isolasi ini, beban sendiri hanya diberi power dari switch line sendiri
dan hanya kan terhubung apabila ada kontrol sinyal yang mengoperasikan relay.
Gambar 1.5 bagian dalam sebuah SSR
SSR berisi satu atau lebih LED di input (drive). input ini menyediakan kopling optik
sebuah phototransistor atau photodiode array, yang pada gilirannya menghubungkan ke sirkuit
driver yang menyediakan sebuah interface ke perangkat switching atau perangkat pada output.
Perangkat swithing biasanya MOS-FET atau TRIAC.
1.3
RANGKAIAN PERCOBAAN
(a)
(b)
(c)
(d)
Gambar 1.6 Rangkaian Percobaan (a) Transistor (b) MOSFET (c) SCR (d) SSR
1.4
1.5
ALAT DAN BAHAN
1.
Modul DC Switch
1
2.
Power Supply DC
1
3.
Multitester digital
1
4.
Osciloscope
1
5.
Function Generator
1
LANGKAH KERJA
Percobaan 1. (Transistor)
1.
Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan.
2.
Buat rangkaian seperti pada gambar rangkaian, atur Vcc dengan tegangan 12 Volt dari
sumber tegangan modul.
3.
Atur Vb (V input) sesuai data pada table.
4.
Ukur perubahan nilai Ib, Ic, Vce untuk setiap perubahan Vb dan catat pada tabel .
5.
Lakukan perhitungan hfe nilai Ib dan Ic yang didapat, dan bandingkan dengan hasil
pengukuran.
Percobaan 2. (MOSFET)
1.
Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan.
2.
Buat rangkaian seperti pada gambar rangkaian, atur Vcc dengan tegangan 12 Volt dari
sumber tegangan modul.
3.
Atur tegangan input agar nilai Vgs = (1.5 s.d. 4.0) kemudian ukur tegangan Vds dan
Ids untuk setiap perubahan Vgs dan catat pada tabel.
4.
Gambarkan hubungan Vgs (sumbu x) dan Ids (sumbu y) dengan menggunakan grafik.
Percobaan 3. (SCR)
1.
Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan.
2.
Buat rangkaian seperti pada gambar rangkaian, atur Vcc dengan tegangan 12 Volt dari
sumber tegangan modul.
3.
Atur tegangan input agar nilai Vgate = (0.1 ,0.2.. 1.0) Lihat kondisi LED catat pada
tabel. Setelah itu putuskan tegangan supply untuk membuat SCR off.
4.
1.6
Lihat perubahan kondisi LED untuk setiap perubahan Vgate dan catat pada tabel
DATA PENGUKURAN
Percobaan 1 (Transistor)
Rb = 1 KOhm, Vs = 12V (dari modul)
Vb
(Volt)
Ib
Ib
perhitungan
pengukuran
(mA)
(mA)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Percobaan 2 (MOSFET)
VS = 12 V
Ic
Vce
pengukuran (pengukuran)
(mA)
Hfe (Ic
pengukuran/Ib
pengukuran)
Vgs
(V)
V ds
I ds
(pengukuran) (pengukuran)
1.50
1.75
2.00
2.25
2.50
2.75
3.00
3.25
3.50
3.75
4.00
Percobaan 3 (SCR)
Vgate
(V)
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
I gate teori
Igate
V AK
I AK
Kondisi
(Vgate/Rgate)
pengukuran
(mV)
(mA)
LED
(mA)
(mA)
0.8
0.9
1.0
Analisa Data
Untuk menghasilkan kondisi on/off seperti pada saklar, transistor dioperasikan pada salah
satu titik kerjanya, titik saturasi dan cut off. Transistor akan aktif apabila diberikan arus pada
basis transistor sebesar :
Saat kondisi saturasi, transistor seperti sebuah saklar yg tertutup (on) sehingga arus dapat
mengalir dari kolektor menuju emitor. Sedangkan saat kondisi cutoff, transistor seperti sebuah
saklar yg terbuka (off) sehingga tidak ada arus yg mengalir dari kolektor ke emitor.
Pada daerah saturasi MOSFET mendapatkan bias input (Vgs) secara maksimum sehingga
arus drain pada MOSFET juga akan maksimum dan membuat tegangan Vds = 0V. Pada kondisi
saturasi ini MOSFET dapat dikatakan dalam kondisi ON secara penuh (Fully-ON).
Kondisi saturasi MOSFET dapat diperoleh dengan memberikan tegangan input gate yang lebih
tinggi dari tegangan tresholdnya dengan cara menghubungkan terminal input ke Vdd. Sehingga
MOSFET mejadi saturasi dan dapat dianalogikan sebagai saklar pada kondisi tertutup.
Kesimpulan :
Switch atau saklar adalah sebuah perangkat yang digunakan untuk memutuskan jaringan
listrik, atau untuk menghubungkannya. Jadi saklar pada dasarnya adalah alat penyambung atau
pemutus aliran listrik.